EP2096217B1 - Verbindung für Holzbalkenkonstruktionen - Google Patents

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EP2096217B1
EP2096217B1 EP09153705A EP09153705A EP2096217B1 EP 2096217 B1 EP2096217 B1 EP 2096217B1 EP 09153705 A EP09153705 A EP 09153705A EP 09153705 A EP09153705 A EP 09153705A EP 2096217 B1 EP2096217 B1 EP 2096217B1
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EP
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full
thread screws
wooden
joint
wooden beams
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Martin Prof. Dr.-Ing. Trautz
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Spax International GmbH and Co KG
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Spax International GmbH and Co KG
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    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/26—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts consisting of wood
    • E04B1/2604—Connections specially adapted therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/12—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of wood, e.g. with reinforcements, with tensioning members
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/38—Arched girders or portal frames
    • E04C3/42—Arched girders or portal frames of wood, e.g. units for rafter roofs

Definitions

  • the present invention relates to a compound according to the preamble of claim 1.
  • Such a compound is from the DE-U-200 03 705 known
  • the present invention is based on the object to achieve a higher load capacity and a greater connection stiffness in a compound of the above type.
  • the full-thread screws are drilled in such a way that they are subjected to essentially normal force.
  • the screw assembly according to the invention is carried out according to a truss model, which is designed for the internal stresses by longitudinal force and bending.
  • the use of self-tapping full-thread screws results in advantages of the simpler and faster Assembly of the screw connection, since a pre-drilling is eliminated and also the requirement for the precision of the position of the connecting means - accuracy of fit - are lower.
  • the practically missing slippage of the screw connection is a significant improvement over the dowel connection. Due to the axial load of the full-thread screws according to the invention, significantly higher connection stiffnesses can be achieved than for the previously customary shearing-hole reveal connections.
  • transverse and perpendicular full-thread screws are provided in pairs.
  • three or more pairs of vertical and transverse full-thread screws are drilled one behind the other.
  • a pair of vertically extending screws is preferably arranged in each case first per timber carrier.
  • the vertically and transversely extending full-thread screws are suitably arranged one behind the other in the longitudinal direction in such a way that the points of intersection of the perpendicular and transverse full thread screws lying next to each other from the joint lie in the abutment plane between the wooden beam tongue and the wooden beams.
  • the other full-thread screws abutting wooden beams and the wooden beam tab are screwed over the entire width thereof.
  • the angle of inclination of the transverse screws ie the screwing-in angle, is preferably 30 ° and their arrangement with intersection in the joint area allows an almost direct transmission of the tensile forces by the transversal screws.
  • the power flow through the wooden beam tab so steered that a significantly lower eccentricity of the force occurs.
  • the bending moments in the wooden beam lug are significantly reduced. Due to the centering of the force flow, in the connection according to the invention, the lateral deflections relative to a dowel connection are also significantly reduced.
  • the additional arrangement of rectangular screws introduced at right angles to the direction of force is useful not only for reasons of the split tensile reinforcement, but this screw arrangement also causes a high residual capacity of the cross section.
  • a tongue and groove connection 1 consists of two wooden beams 3, 4 lying one behind the other in the longitudinal direction X and abutting against one another at an abutment point 2. Below the joint 2, bridging these, a wooden beam tongue 6 is arranged adjacent to both wooden beams 3, 4. The wooden beams 3, 4 are connected to the Holzbafkenlasche 6 via mechanical connecting means 7, 8, 9. These mechanical connecting means 7, 8, 9 are designed as self-tapping full-thread screws. Such self-tapping full-thread screws used in accordance with the invention enable high screw-in depths without pre-drilling. Due to the existing full thread a power transmission over the entire screw length is possible.
  • full thread screws 8 are provided according to the invention, the perpendicular to the surface of the wooden beams 3, 4 are screwed.
  • these full-thread screws 8 are on both sides of the joint 11 so screwed into the wooden beams 3, 4 that they end within the wooden bar plate 6, wherein also a leakage of these full-thread screws 8 is to be avoided from the wooden bar plate 6.
  • the full-thread screws 8 are also arranged on each wooden beam 3, 4 in three consecutively arranged pairs of two adjacent full-threaded screws 8. The distance between the pairs of fully threaded screws 8 is equal to each other in the longitudinal direction of the wooden beams 3, 4.
  • the assignment of the full-thread screws 8 to the full-thread screws 7 is such that starting from the joint 2, first a pair of full-thread screws 8 in each wooden beam 3, 4 is screwed.
  • the full-length screws 7 extending obliquely to the longitudinal axis have a diameter of 8 mm and have a total length of 600 mm in length.
  • the screwing distance between the individual full-thread screws 7 in the longitudinal direction is for example 17.6 cm.
  • the mutual distance of the full-thread screws 8, which are screwed in perpendicular to the beam surface, is also 17.6 cm.
  • the full-thread screws 8 have a diameter of 8 mm and a length of 300 mm.
  • the cross section of the wooden beams 3, 4 and the wooden beam tab 6 has a width of 16 cm and a height of 16 cm.
  • full-thread screws 9 are screwed in the tab abutment region perpendicular to the screw-in plane of the full-thread screws 7, 8 for splitting reinforcement. These full-thread screws 9 are each offset from each other screwed close to the beam and bar upper and lower edges. These full-thread screws 9 preferably have a length of 16 cm corresponding to the width of the wooden beams 3, 4 and the beam tab 6 and a diameter of 8 mm.
  • this compound of the invention Due to the inventive design of the compound this is much higher load capacity than comparable traditional types of connection. The occurring forces are removed under much lower deformations, in particular, the permanent deformations due to slip are greatly reduced.
  • the compound of the invention is significantly easier to produce, with less material and labor.
  • this compound of the invention can constructively interpret so that by the arrangement of the screws in the overall configuration a quasi-ductile load bearing behavior of the joint with announced failure is induced by visible deformations.
  • the screws are essentially applied according to the frictional connection, so that they are predominantly normal force.
  • the butt joints according to the invention are significantly more resilient than comparable traditional types of connection. The forces are removed under significantly lower deformations, in particular, the permanent deformation due to the connecting means are greatly reduced. In addition, a much easier manufacturability results with less material and labor.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine derartige Verbindung ist aus der DE-U-200 03 705 bekannt
  • Aus "Holzbau Kalender 2004, Bruder Verlag Karlsruhe (2004)", ist die Verwendung von selbstbohrenden Holzschrauben im Holzbau bekannt. Weiterhin kann hierzu auf "Bauen mit Holz" 105 (2003) H.10 S. 28-36 verwiesen werden.
  • Bei einer bekannten Verbindung, die als einseitige Laschenstoßverbindung ausgebildet ist, wird die Holzbalkenlasche mit jeweils einer Anzahl von Stabdübeln und Passbolzen pro Holzbalkenanschluss, die senkrecht zur Oberfläche der Holzbalken verlaufen, verbunden. Bei derartigen Laschenstoßverbindungen werden frühzeitige Biegezugbrüche der Lasche ausgehend von Fehlstellen im Holz bzw. Schwächungen durch die verwendeten Stabdübel beobachtet. Zudem ergeben sich große Biegemomente in der Holzbalkenlasche, die zu großen horizontalen Auslenkungen und schließlich zum Versagen des Holzquerstegs führen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einer Verbindung der vorstehenden Art eine höhere Tragfähigkeit und eine größere Verbindungssteifigkeit zu erreichen.
  • Erfindungsgemäß wird dies bei einer gattungsgemäßen Verbindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 erreicht. Erfindungsgemäß sind die Vollgewindeschrauben derart eingebohrt, dass sie im Wesentlichen Normalkraft beansprucht sind. Die erfindungsgemäße Schraubenanordnung erfolgt nach einem Fachwerkmodell, das auf die inneren Beanspruchungen durch Längskraft und Biegung ausgelegt ist. Durch die Verwendung von selbstbohrenden Vollgewindeschrauben ergeben sich Vorteile aus der einfacheren und schnelleren Montage der Schraubverbindung, da ein Vorbohren entfällt und auch die Anforderung an die Präzision der Lage der Verbindungsmittel - Passgenauigkeit - sind geringer. Beim Verformungsverhalten des erfindungsgemäßen Laschenstoßes ist besonders der praktisch fehlende Schlupf der Schraubenverbindung eine deutliche Verbesserung gegenüber der Stabdübelverbindung. Durch die axiale Beanspruchung der erfindungsgemäßen Vollgewindeschrauben lassen sich deutlich höhere Verbindungssteifigkeiten erzielen, als für die bisher üblichen Scher-Lochleibungs-Verbindungen.
  • Erfindungsgemäß ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die quer verlaufenden und senkrecht verlaufenden Vollgewindeschrauben jeweils paarweise vorgesehen sind. Insbesondere sind jeweils beidseitig der Stoßstelle in Längsrichtung hintereinander drei oder mehr Paare von senkrecht und quer verlaufenden Vollgewindeschrauben eingebohrt. Ausgehend von der Stoßstelle ist vorzugsweise zunächst ein Paar senkrecht verlaufende Schrauben jeweils pro Holzträger angeordnet. Die senkrecht und quer verlaufenden Vollgewindeschrauben sind derart in Längsrichtung hintereinander zweckmäßigerweise angeordnet, dass die Kreuzungspunkte der ausgehend von der Stoßstelle nebeneinander liegenden senkrecht und quer verlaufenden Vollgewindeschrauben in der Anlageebene zwischen der Holzbalkenlasche und den Holzbalken liegen. Weiterhin ist es erfindungsgemäß von Vorteil, wenn senkrecht zur Einschraubebene der senkrecht und quer verlaufenden Vollgewindeschrauben zusätzlich Vollgewindeschrauben zur Spaltbewehrung im Einschraubbereich der anderen Vollgewindeschrauben anstoßenden Holzbalken und der Holzbalkenlasche über die gesamte Breite derselben eingeschraubt sind. Der Neigungswinkel der quer verlaufenden Schrauben, d. h. der Einschraubwinkel, ist vorzugsweise 30 ° und ihre Anordnung mit Überschneidung im Stoßbereich ermöglicht eine fast direkte Übertragung der Zugkräfte durch die quer verlaufenden Schrauben. Dadurch wird einerseits der Holzquerschnitt der Holzbalkenlasche entlastet und andererseits der Kraftfluss durch die Holzbalkenlasche so gelenkt, dass eine deutlich geringere Exzentrizität der Kraft auftritt. Die Biegemomente in der Holzbalkenlasche werden deutlich reduziert. Durch die Zentrierung des Kraftflusses reduzieren sich bei der erfindungsgemäßen Verbindung auch deutlich die seitlichen Auslenkungen gegenüber einer Stabdübelverbindung. Die zusätzliche Anordnung von rechtwinklig zur Kraftrichtung eingebrachten Vollgewindeschrauben ist nicht nur aus Gründen der Spaltzugbewehrung sinnvoll, sondern diese Schraubenanordnung bewirkt auch eine hohe Resttragfähigkeit des Querschnitts.
  • Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten und an Hand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Laschenstoßverbindung,
    Fig. 2
    eine Ansicht von oben auf die Laschenstoßverbindung gemäß Fig. 1.
  • Eine erfindungsgemäße Laschenstoßverbindung 1 besteht aus zwei in Längsrichtung X hintereinander liegenden und endseitig an einer Stoßstelle 2 aneinanderstoßenden Holzbalken 3, 4. Unterhalb der Stoßstelle 2, diese überbrückend, ist eine Holzbalkenlasche 6 an beiden Holzbalken 3, 4 anliegend angeordnet. Die Holzbalken 3, 4 sind mit der Holzbafkenlasche 6 über mechanische Verbindungsmittel 7, 8, 9 verbunden. Diese mechanischen Verbindungsmittel 7, 8, 9 sind als selbstbohrende Vollgewindeschrauben ausgebildet. Derartige erfindungsgemäß verwendete selbstbohrende Vollgewindeschrauben ermöglichen hohe Einschraubtiefen ohne Vorbohrung. Auf Grund des vorhandenen Vollgewindes wird eine Kraftübertragung über die gesamte Schraubenlänge ermöglicht. Auf Grund des kontinuierlichen Verbundes des Gewindes mit dem Holzwerkstoff wirken Vollgewindeschrauben ähnlich einer Bewehrung und können erfindungsgemäß eingesetzt werden, um Zugkräfte rechtwinklig zur Holzfaser abzutragen und ein Aufspalten des Holzes zu verhindern bzw. zu reduzieren und um Zugkräfte parallel zur Faser aufzunehmen. Auf gleiche Weise können auch Druckspannungen rechtwinklig zur Holzfaser durch Vollgewindeschrauben übertragen und somit ein Eindrücken des Holzes vermieden werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind einerseits Vollgewindeschrauben 7 in einer senkrecht zur Balkenoberfläche verlaufenden Einschraubebene in zueinander entgegengesetzten Richtungen unter einem spitzen Einschraubwinkel α1 bzw. α2 in einem der beiden Holzbalken 3, 4 derart eingeschraubt, dass sie über die gesamte Dicke der Holzbalken 3, 4 sowie der Holzbalkenlasche 6 verlaufen. Hierbei ist ein Austreten der Vollgewindeschrauben 7 aus der Holzbalkenlasche 6 vermieden. Vorzugsweise ist der Einschraubwinkel α1 bzw. α2 30 °. Die beiden Vollgewindeschrauben 7, die der Stoßstelle 2 am nächsten liegen, kreuzen sich in der Stoßstellenebene innerhalb der Holzbalkenlasche 6. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind in jedem Holzbalken 3, 4 drei Paare aus jeweils zwei Vollgewindeschrauben 7 hintereinander in gleichen Abständen eingeschraubt. Weiterhin sind erfindungsgemäß Vollgewindeschrauben 8 vorgesehen, die senkrecht zur Oberfläche der Holzbalken 3, 4 eingeschraubt sind. Dabei sind diese Vollgewindeschrauben 8 beidseitig der Stoßstelle 11 derart in die Holzbalken 3, 4 eingeschraubt, dass sie innerhalb der Holzbalkenlasche 6 enden, wobei ebenfalls ein Austritt dieser Vollgewindeschrauben 8 aus der Holzbalkenlasche 6 zu vermeiden ist. Die Vollgewindeschrauben 8 sind ebenfalls an jedem Holzbalken 3, 4 in drei hintereinander angeordneten Paaren aus jeweils zwei nebeneinander liegenden Vollgewindeschrauben 8 angeordnet. Der Abstand der paarweise angeordneten Vollgewindeschrauben 8 ist untereinander in Längsrichtung der Holzbalken 3, 4 gleich. Die Zuordnung der Vollgewindeschrauben 8 zu den Vollgewindeschrauben 7 ist derart, dass ausgehend von der Stoßstelle 2 zunächst ein Paar Vollgewindeschrauben 8 in jedem Holzbalken 3, 4 eingeschraubt ist. Beispielsweise besitzen die schräg zur Längsachse verlaufenden Vollgewindeschrauben 7 einen Durchmesser von 8 mm und besitzen eine Gesamtlänge von 600 mm Länge. Der Einschraubabstand zwischen den einzelnen Vollgewindeschrauben 7 in Längsrichtung beträgt beispielsweise 17,6 cm. Der gegenseitige Abstand der Vollgewindeschrauben 8, die senkrecht zur Balkenoberfläche eingeschraubt sind, beträgt ebenfalls 17,6 cm. Die Vollgewindeschrauben 8 besitzen einen Durchmesser von 8 mm und eine Länge von 300 mm. Der Querschnitt der Holzbalken 3, 4 und der Holzbalkenlasche 6 besitzt eine Breite von 16 cm und eine Höhe von 16 cm.
  • Wie weiterhin zu erkennen ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass senkrecht zur Einschraubebene der Vollgewindeschrauben 7, 8 zur Spaltbewehrung Vollgewindeschrauben 9 im Laschenstoßbereich eingeschraubt sind. Diese Vollgewindeschrauben 9 sind jeweils versetzt zueinander nahe der Balken- und Balkenlaschenober- und unterkanten eingeschraubt. Diese Vollgewindeschrauben 9 besitzen vorzugsweise eine Länge von 16 cm entsprechend der Breite der Holzbalken 3, 4 und der Balkenlasche 6 und einen Durchmesser von 8 mm.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Verbindung ist diese deutlich höher belastbar als vergleichbare traditionelle Verbindungsarten. Die auftretenden Kräfte werden unter deutlich geringeren Verformungen abgetragen, wobei insbesondere auch die bleibenden Verformungen infolge Schlupf stark reduziert werden. Die erfindungsgemäße Verbindung ist deutlich einfacher herzustellen, und zwar mit weniger Material und Arbeitsaufwand. Zudem lässt sich diese erfindungsgemäße Verbindung konstruktiv so auslegen, dass durch die Anordnung der Schrauben in der Gesamtkonfiguration ein quasi-duktiles Tragverhalten der Fügung mit angekündigtem Versagen durch sichtbare Deformationen induziert wird.
  • Auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Schrauben im Wesentlichen dem Kraftschluss entsprechend angelegt, so dass sie vorwiegend normalkraftbeansprucht sind. Die erfindungsgemäßen Stoßverbindungen sind deutlich höher belastbar als vergleichbare traditionelle Verbindungsarten. Die Kräfte werden unter deutlich geringeren Verformungen abgetragen, wobei insbesondere auch die bleibenden Verformungen infolge der Verbindungsmittel stark reduziert werden. Zudem ergibt sich eine deutlich einfachere Herstellbarkeit mit weniger Material- und Arbeitsaufwand.

Claims (11)

  1. Verbindung aus mindestens zwei Holzbalken (3, 4) mit mindestens zwei selbstbohrenden Vollgewindeschrauben (7, 8, 9) pro Holzbalken (3, 4), wobei die Vollgewindeschrauben (7, 8, 9) derart eingeschraubt sind, dass sie Zugkräfte rechtwinklig zur Holzfaserrichtung abtragen und/oder Zugkräfte parallel zur Faserrichtung aufnehmen und/oder Druckspannungen rechtwinklig zur Faserrichtung übertragen,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine Laschenstoßverbindung ist, wobei die Laschenstoßverbindung zwei in Längsrichtung (X) hintereinander liegende und endseitig an einer Stoßstelle aneinander stoßende Holzbalken (3, 4) und mindestens eine unterhalb der Stoßstelle diese überbrückend an beiden Holzbalken (3, 4) anliegende und zu diesen gleichgerichtet verlaufende Holzbalkenlasche (6) sowie die Holzbalken (3, 4) mit der Holzbalkenlasche (6) verbindende selbstbohrende Vollgewindeschrauben (7, 8, 9) aufweist, von denen mindestens zwei Vollgewindeschrauben (7) in einer senkrecht zur Balkenoberfläche verlaufenden Einschraubebene in zueinander entgegengesetzten Richtungen unter einem spitzen Einschraubwinkel (α1 bzw. α2) in einen der beiden Holzbalken (3, 4) derart eingeschraubt sind, dass diese sich in der Stoßmittelebene innerhalb der Holzbalkenlasche (6) kreuzen sowie mindestens zwei Vollgewindeschrauben (8) in einer senkrecht zur Oberfläche der Holzbalken (3, 4) verlaufenden Ebene unter einem senkrechten Winkel beidseitig der Stoßstelle derart in die Holzbalken (3, 4) eingeschraubt sind, dass sie innerhalb der Holzbalkenlasche (6) enden.
  2. Verbindung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die quer verlaufenden und senkrecht verlaufenden Vollgewindeschrauben (7, 8, 9) jeweils paarweise vorgesehen sind.
  3. Verbindung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass jeweils beidseitig der Stoßstelle (11) in Längsrichtung hintereinander drei Paare oder mehr von senkrecht und quer verlaufenden Vollgewindeschrauben (7, 8) eingebohrt sind.
  4. Verbindung nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der Stoßstelle (11) zunächst senkrecht verlaufende Vollgewindeschrauben (8) angeordnet sind.
  5. Verbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die quer und senkrecht verlaufenden Vollgewindeschrauben (7, 8) derart in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind, dass die Kreuzungspunkte der ausgehend von der Stoßstelle (11) nebeneinander liegenden senkrecht und quer verlaufenden Vollgewindeschrauben (8, 7) in der Anlageebene zwischen den Holzbalken (3, 4) und der Holzbalkenlasche (6) liegen.
  6. Verbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die senkrecht verlaufenden Vollgewindeschrauben (8) jeweils in jedem der Holzbalken (3, 4) in gleichen Abständen nebeneinander liegen.
  7. Verbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die quer verlaufenden Vollgewindeschrauben (7) in jedem der Holzbalken (3, 4) in gleichen Abständen nebeneinander liegen.
  8. Verbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die quer verlaufenden Vollgewindeschrauben (7) unter einem spitze Winkel (α1 bzw. α2) von 30° eingeschraubt sind.
  9. Verbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die quer und senkrecht verlaufenden Vollgewindeschrauben (7, 8) sich über die gesamte Dicke der Holzbalken (3, 4) und der Holzbalkenlasche (6) erstrecken.
  10. Verbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die quer verlaufenden Vollgewindeschrauben (7) die zweifache Länge der senkrecht verlaufenden Vollgewindeschrauben (8) besitzen.
  11. Verbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht zur Einschraubebene der Vollgewindeschrauben (7, 8) weitere Vollgewindeschrauben (9) zur Spaltbewehrung im Laschenstoßbereich der Holzbalken (3, 4) und der Holzbalkenlasche (6) über die gesamte Breite derselben eingeschraubt sind, wobei vorzugsweise die Vollgewindeschrauben (9) jeweils versetzt zueinander nahe der Balken- und Balkenlaschen-Ober- und unterkanten eingeschraubt sind.
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